物理化學課程思政教學設計與實踐

孫艷輝，南俊民，馬國正，何廣平，左曉希，李國良，林曉明

華南師范大學化學學院，廣州 510006

2016年習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，思想政治工作要貫穿教育教學全過程，各類課程要與思政理論課同向同行，形成協同效應。之后高校“課程思政”建設形成高潮[1-3]。目前，“課程思政”已經全面納入本科教學新體系[4-7]，華南師范大學也全面開展了專業課程思政教學。

物理化學是化學學科的理論基礎，對提高學生的專業技能、邏輯思維能力、數理能力、思辯能力、綜合運用知識能力等都具有重要作用。該課程涉及很多抽象的概念和原理、繁雜的數學公式推導等，在傳統教學中教師更多把教學重點放在知識傳授，而忽視了育人。針對如何挖掘課程中的思政教學要點，有效地開展課程思政教育，近年來本教學團隊從以下幾方面進行了研究與實踐。

1 確定物理化學課程思政教育的基本原則和基本切入點

1.1 物理化學課程思政教育的基本原則

結合課程思政內容的幾個維度，從物理化學課程教學大綱的教學目標梳理課程可能蘊含的思政要點。張樹永教授給出了課程思政的7個維度[6]，即：政治方向正確、德才兼備、正確的世界觀和科學的方法論、科學文化修養、家國情懷、文化傳承和文化自信、國際視野。

按照化學師范專業認證標準，教學團隊制定了適用于化學（師范）專業的物理化學課程教學的8個目標：（1）了解物理化學的建立與發展的歷史和趨勢，掌握物理化學研究的基本內容，了解物理化學學科中所滲透的自然科學研究方法，樹立辯證唯物主義世界觀；（2）掌握物理化學的基本概念、原理及其應用，了解物理化學與其他學科的交叉關系；（3）了解物理化學在生產、生活和科學研究中的應用，能用物理化學的原理和知識解決生產生活中遇到的實際問題；（4）形成和建立科學的學習方法和思維習慣，具備邏輯推理、歸納分析、模型假設、數理統計等思維能力，從而能勝任化學及相關領域科研、教學及其他工作；（5）學會認識和探究化學變化的本質，整合其他分支化學，形成完整的化學理論知識體系，從而具備良好的化學學科素養；（6）具有分析、處理中學化學教材中與物理化學知識相關內容的能力，做好大學化學與中學化學教學的銜接，融會貫通地滲透于中學化學教育；（7）能自主學習物理化學理論在科學前沿領域的研究進展，適應時代和教育發展需求；（8）能夠在物理化學課程小組學習過程中，學會合作和溝通，具有團隊協作精神。

依據上述課程思政教學目標的7個維度，結合物理化學課程大綱的8個教學目標，在教學實踐中，教學團隊按照物理化學課程內容和特點，分別從以下6個方面挖掘課程思政內容，如圖1所示。

圖1 物理化學中的課程思政設計要點

1.2 物理化學課程思政教育的基本切入點

按照課程思政7個維度和教學大綱的8個培養目標確定了如下6個思政教育的切入點：

（1）學科發展史：通過物理化學學科發展簡史的學習，滲透科學的世界觀、方法論；幫助學生形成科學文化素養。

（2）科學家簡介：通過物理化學家的生平軼事、科研貢獻簡介，培養學生堅韌不拔、勇攀科學高峰的精神，體會科學家的個人奮斗與國家社會發展的關系。

（3）經典理論和方法：物理化學被譽為“化學中的哲學”，在學科思維教育方面獨具魅力。經典物理化學中的各種定律和理論的形成，各種理想模型的建立和公式的推導，滲透著豐富的方法論和科學的世界觀；在學習不斷發展完善的理論過程中，體會全局觀、發展觀。

（4）學科交叉知識：物理化學用數學和物理的方法解決化學問題，與分析化學、有機化學、生物、醫藥、材料、農林等學科都有交叉，可以基于此培養學生的創新意識，提高學生的科學文化素養。

（5）物理化學與科學發展前沿：通過學習物理化學在新材料、新能源、生命醫藥等領域的應用，以及經典物理化學的新進展，培養學生的國際視野和創新意識。

（6）物理化學在生產生活中的應用：可以注重中國元素介紹，將中國傳統文化和人民日常生活中的智慧與物理化學教學相聯系。培養學生的家國情懷和文化傳承。

2 梳理挖掘物理化學課程思政內容及教學設計

按照物理化學的四大知識板塊：熱力學、動力學、電化學、膠體與界面化學分別梳理，將每一知識板塊分別從圖1所示的6個要點去挖掘適合開展思政教育的知識點，并進行相應的教學設計。具體如下。

2.1 從學科發展史和學科前沿滲透課程思政內容

物理化學的每一分支的發展歷程幾乎都經歷了從實踐到理論，再回歸實踐的過程。由于科學技術的制約，在學科發展進程中出現了一些違反科學事實的觀點，但最終被科學事實推翻。例如在熱力學發展史中，熱力學第一、第二、第三定律都是首先來自于大量的經驗結果，而后才有了嚴謹的數學公式，也曾出現過第一、二類永動機、熱死論、麥克斯韋妖等違背科學事實的觀點。目前則發展了非平衡態熱力學。表面和膠體物理化學知識體系的形成和發展，將人們的視野從宏觀、微觀引入了介觀世界。

通過上述物理化學學科建立和發展史的學習，學生可以了解某些學科知識如何適應社會發展而發生和發展，滲透個人發展與社會發展的協調統一；學科史的學習可以啟迪學生的思維和智慧，培養學生科學探索的精神。對一些違背科學事實觀點的了解，可以培養學生的批判性思維，形成正確的世界觀和科學的方法論；通過介紹物理化學各分支目前發展的前沿熱點問題，開闊學生視野，提高學生的科學文化素養，增強創新意識。通過介紹中國科學家在科學前沿取得的成績，激發學生的民族自豪感與愛國熱情。

2.2 從科學家軼事滲透課程思政內容

在物理化學各分支發展進程中，涌現了大批貢獻卓著的科學家，有些甚至對整個物理化學學科的貢獻都是不可磨滅的。例如湯姆遜（開爾文）、吉布斯、能斯特、范特霍夫、阿倫尼烏斯、奧斯特瓦爾德等的貢獻涉及物理化學多個分支。而一些科學家如亥姆霍茲、法拉第等由于經濟原因并未接受過高等教育，卻依靠自身努力在多學科做出卓越貢獻。授課中重點介紹中國的物理化學家如何在艱苦的科研環境和生活條件下，依然在各領域進行開創性研究，為提升中國在世界的競爭力做出杰出貢獻，以此增強學生的民族自豪感和自信心，滲透愛國情懷。例如：黃子卿教授對水的三相點進行了精確測定；梁敬魁先生系統地測定了大量相圖，被國內外相圖匯編收集，并在中國推進了相圖在單晶生長中的應用。李遠哲（美籍華人）教授在化學動力學、動態學、分子束及光化學等方面貢獻卓著；張存浩教授是中國高能化學激光奠基人、分子反應動力學奠基人。彭少逸教授為中國催化化學的開拓者。張大煜先生提出“表面鍵”催化理論，推動催化動力學的發展。李方訓教授長期從事電解質溶液性質及理論的研究，對離子熵、離子的極化和半徑以及混合電解質溶液中離子活度系數等做出了貢獻。傅鷹先生作為中國膠體表面化學創始人提出了表面化學的吸附理論，利用潤濕熱測定固體粉末比表面的公式和方法，比著名的BET（Brunauer-Emmett-Teller）氣體吸附法早8年。

通過了解在物理化學發展進程中做出突出貢獻的國內外科學家的生平事跡，學習科學家們如何在科學道路上孜孜以求，激發學生發奮圖強、追求真理的精神。通過了解科學家們如何尊重實驗事實、發現問題、嚴謹求真、在科研道路上走向頂峰的事跡，激發學生的創新思維，培養學生實事求是、嚴謹的科學態度以及探究事物本質的能力。

2.3 從物理化學經典理論和方法中滲透課程思政內容

物理化學涉及熱力學、動力學、電化學、膠體與表面化學等多個經典理論和相關的解決問題的方法。如熱力學三大定律、蓋斯定律、基爾霍夫定律、Gibbs相律等熱力學理論和方法；動力學中解決簡單級數速率方程的方法；利用速控步法、平衡假設法、穩態近似法在擬定反應歷程的方法中的應用；電化學中涉及的拉第電解定律、離子獨立移動定律、電解質溶液理論、電池電動勢的能斯特方程、可逆電池解決熱力學問題、對消法測定原電池電動勢的原理等；膠體的穩定性理論、空間穩定、空位穩定理論等。

物理化學為解決問題，提出了很多理想模型和解決問題的方法，如理想氣體、理想溶液；可逆過程、卡諾熱機；可逆電池、標準氫電極等理想模型。

通過物理化學經典理論和研究方法的學習，滲透唯物論和辯證法教育，推進對馬克思主義世界觀和方法論的理解。在對各種理想模型認知基礎上，學習解決實際問題的方法，培養學生建構模型的能力和解決問題的方法。通過對各經典理論從初步形成、發展到逐漸成熟的學習，以及對各板塊內容知識的系統性、銜接性的理解，培養學生具備縝密的邏輯思維能力，嚴謹的治學態度和作風，以及看待事物的全局觀和發展觀。

2.4 從物理化學與學科交叉及其在生產、生活實際的應用滲透課程思政內容

物理化學這一學科從誕生之初就注定了其在多學科的交叉應用以及為生產生活服務。例如：熱力學中熱機效率、冷凍系數的知識在內燃機、空調、冰箱等方面的應用。低溫熱棒在青藏鐵路建設中的應用。相圖在蒸餾、結晶、萃取、冶金熔煉等行業的應用。凝固點降低在醫學和冷凍液方面的應用；滲透壓在工業上用于反滲透凈化海水、在醫療中用于血液透析、生活中腌制食品等；超臨界干燥技術、超臨界萃取等在材料制備提純行業的應用。動力學中：飛秒激光化學在醫療領域的應用；放射性碳測年代在考古、刑偵中的應用。電化學中的電池制造、電解冶煉、電鍍生產等；電化學分析、電化學傳感器在各行各業的應用。表面化學：BET吸附在比表面積、孔體積測定中的應用；潤濕現象、表面活性劑用于礦物浮選、石油開采、洗滌產品的應用；微乳法、溶膠凝膠法合成納米材料。膠體化學：氣溶膠-霧霾的形成；電泳電滲在工業中的應用；流動電勢、沉降電勢的潛在危害。荷葉效應-超疏水現象在仿生材料合成中的應用。

在教學中，通過了解物理化學理論在其他學科、日常生活以及生產中的具體應用，尤其是體現中國勞動人民智慧的一些應用，以及我國首創或具有自主知識產權的技術，培養學生的創新意識，激發他們的愛國情懷和民族自豪感。例如中國自己的凍土治理技術——低溫熱棒，成功解決了40多年來困擾科學家和青藏鐵路建設者的重大技術難題——青藏鐵路路基多年凍土層夏季融沉、冬季凍脹的不穩定問題。在一些應用中引入中國傳統文化，尤其是詩詞歌賦，意境優美。例如講授液-固表面潤濕現象，以宋代周敦頤的“愛蓮說”中“予獨愛蓮之出淤泥而不染，濯清漣而不妖”和南朝徐陵的“侍宴詩”中“嫩竹猶含粉，初荷未聚塵”，作為導課資料，引領學生學習固體表面潤濕、親水與疏水知識，激發學生學習興趣，使學生既感受到文化的熏陶，又能開拓學科視野[7]。介紹氣溶膠形成霧霾、攜帶細菌病毒傳染疾病等事實，培養學生的環保意識和社會責任感。

2.5 課程思政內容教學設計

上述課程思政內容要點的滲透，在教學中可以靈活運用多種方式：如以文獻閱讀方式，要求學生結合百年諾貝爾化學獎了解物理化學相關獲獎項目，撰寫進展報告或調研報告，在文獻閱讀中感受科學家探索科學、執著真理的精神；可以利用在線課程的拓展資源在線學習有關課程思政內容的資料：由于線下學時有限，教師提前將具有思政元素的資料上傳至在線課程平臺的拓展資源版塊供學生學習；可以結合案例分析進行小組討論，例如對于一些工業生產、生活實際中運用了物理化學的某些原理的案例，尤其是中國科學家首創的發明或設計等，安排學生分組討論其如何利用物理化學原理解決問題，及其重要意義；可以引用一些課程思政的實例進行導課等。

3 教學實踐與教學效果評價

基于“以學生為中心”“以產出為導向”的理念進行教學設計和實施[6]。按照物理化學課程章節，結合相關內容，分別在課程的不同階段，采用不同教學方式開展課程思政教學和教學評價，如圖2所示。在具體教學實踐中，分別在課程導言、課程拓展、單元知識體系構建、課程理論講授等多個環節，靈活地融入課程思政內容，在學科內容方面做到詳略得當、突出知識主干，重難點精講，強調實際應用；并以小組合作學習、文獻閱讀、線上-線下混合學習等方式開展課程思政教學。例如：案例一：在緒論課教學中，我們會布置一項專題論文寫作，要求學生結合互聯網資源，了解在百年諾貝爾化學獎的獎項中與物理化學知識有關的內容，并擇其一進行簡要闡述。通過該項作業，幫助學生了解學科發展的進程，啟迪學生智慧，并從中學習科學家的探索精神，為后續學習打下堅實的基礎，提高學生的文化修養并開拓學生的國際視野。案例二：在熱力學第二定律結束后，布置作業：了解青藏鐵路熱棒工作原理，并用熱力學第二定律知識進行解釋。該項作業既對學生進行了愛國主義教育，又做到了學以致用。圖3、圖4分別給出了學生完成作業記錄情況。

圖2 課程思政教學實踐模式

圖3 課程思政教學案例一

圖4 課程思政教學實踐案例二

對課程思政教學效果的評價，突出評價學生綜合能力、學科思維能力和批判創新能力，推動專業教學由知識導向型向能力和素質導向型轉變。

學生利用在課內外習得的知識、能力和素質進行正確的分析和判斷，在提出科學研究或者技術開發方案時能夠綜合考慮政治、社會、法律、道德、安全、健康、文化以及環境和可持續發展等因素的影響，正確理解個人的義務和責任，是課程思政教育成功的根本標志。

評價課程思政效果時需要采用結果導向模式。利用綜合作業、案例分析、方案設計、課程報告（含進展報告、調研報告、研究報告等）和課程小論文等體現結果的形式進行評價。例如，通過圖3所示的課程作業可以評價課程思政教學的效果。另外，也在期中或期末考試中設計一些帶有思政元素的題目或小論文，考查學生的思維能力與分析問題的能力。

4 結語

以思政教育的7個維度為根本，結合物理化學教學目標梳理了6個思政教育的切入點，按照物理化學知識模塊分別列舉了每個切入點的教學實例。同時對開展思政教學的實踐模式和思政教學效果評價方法進行了分類，為實現專業課程融入思政教育立德樹人的目標提供借鑒和參考。